NOVOS AÇOS ESTRUTURAIS DE ELEVADA RESISTÊNCIA À CORROSÃO MARINHA

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NOVOS AÇOS ESTRUTURAIS DE ELEVADA

RESISTÊNCIA À CORROSÃO MARINHA

Autores:

Rogério Augusto Carneiro

Evandro de Azevedo Alvarenga

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NOVOS AÇOS ESTRUTURAIS DE

ELEVADA RESISTÊNCIA À CORROSÃO

MARINHA

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A corrosão é um dos principais problemas das estruturas metálicas e o processo corrosivo é acelerado pela umidade, compostos de enxofre e íons cloretos, quando presentes em quantidade elevadas

INTRODUÇÃO

O uso dos tradicionais aços carbono resistentes à corrosão atmosférica, do tipo ASTM A588 (patinável) ou ASTM A606, é uma maneira de melhorar o desempenho da estrutura contra a corrosão

Porém, mesmo estes aços estão sujeitos à corrosão intensa, eventualmente com desplacamento da camada de óxidos (anômala) e exigem proteção por pintura quando a atmosfera é muito agressiva

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Brasil: não há normas, pintura feita por “sentimento” ou estética

Alguns países têm normas que exigem a pintura quando a taxa de deposição de íons cloreto supera determinados valores, que dependem da fonte dos íons (mar ou sal de degelo) e do método de análise (vela seca ou úmida)

Japão: mar, vela seca, 5 mg Cl-/m2.dia

Inglaterra: mar, vela úmida, 10 mg Cl-/m2.dia

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A pintura acarreta custos iniciais de aplicação e outros relativos à manutenção (parada de linha, mão-de-obra e

material) e, eventualmente, problemas devido a dificuldades de acesso ou contaminação do ambiente

Isso reduz a competitividade do aço, apesar de vantagens como menor peso, possibilidade de maiores vãos livres e

variedade de soluções arquitetônicas, rapidez de construção, menores perdas de material e canteiros de obra mais limpos, e inibe sua maior utilização, principalmente junto à orla

marinha

A Usiminas desenvolveu novos aços resistentes à corrosão marinha, para aplicações sem pintura em regiões com taxa de deposição de íons cloreto da ordem de 100 mg Cl-/m2.dia

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4 aços carbono com as seguintes composições químicas:

METODOLOGIA

Aço Composição química típica (% em massa) Ceq(a) PCM(b)

C Mn P Ni Cu Mo Si Cr

Aço 1 0,10 0,70 0,015 < 3,5 0,08 < 0,50 < 1,50 sem adição 0,40 0,23

Aço 2 0,10 0,70 0,015 < 3,5 0,08 sem adição 0,20 sem adição 0,35 0,18

SAC-300 0,048 0,24 0,032 0,014 0,090 sem adição < 1,50 sem adição 0,10 0,10

SAE 1006 0,029 0,47 0,017 0,018 0,012 sem adição 0,20 0,025 0,12 0,06

a)Ceq = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 (valores típicos)

b)PCM = C + Si/30 + (Mn + Cu + Cr)/20 + Ni/60 + (Mo + V)/15 + 5B (valores típicos)

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e com as seguintes propriedades mecânicas

Aço Propriedades mecânicas

LE (MPa) LR (MPa) Alongamento (%) Dureza HV (2kg)

Aço 1(a) 505 746 21,2 (BM(c) = 80 mm) 241

Aço 2(a) 1 358 2 487 3 29,6 (BM

(c)_{= 80 mm)} ₁₄₄

SAC-300(b) > 300 > 402 > 19 (BM = 200 mm) 153

SAE 1006(b) > 250 400 a 500 > 18 (BM = 200 mm) 115

a) tração: ASTM-A-370, sub-size.

b) para os aços SAC-300 e SAE1006 os valores são típicos. c) BM: base de medida

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TESTES DE CORROSÃO

Teste acelerado de corrosão com aspersão intermitente de solução salina, norma ISO 11474

 solução 3% p/v de NaCl, três vezes por semana

 4,6 kg Fe/m2.ano, corrosividade muito alta (C5) da ISO 9225

 avaliações após 1 ano, 1,5 ano, 2 anos e 3 anos

Teste não-acelerado de corrosão com exposição em atmosfera marinha, norma NBR 6209

 taxa média de deposição de cloreto: 102 mg Cl-/m².ano

 0,6 kg Fe/m2.ano, corrosividade alta (C4) da ISO 9225

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Modelo matemático de Pourbaix considera que a corrosão segue lei exponencial do tipo:

p = AtB

p = perda de espessura

A = taxa de corrosão no primeiro ano

B = parâmetro que reflete as características protetora da camada de óxidos

e permite estimar a perda de espessura para um período de até 30 anos

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Dividindo por t temos a taxa de corrosão e tomando log₁₀:

log₁₀(p/t) = A’ + (B-1)log₁₀t

B = 0,5 processo segue a lei parabólica e é controlado por difusão

B < 0,5 a camada de óxidos é protetora

B > 0,5 a camada de óxidos não é protetora

Com dados reais de, no mínimo, quatro avaliações, pode-se determinar a equação da reta e do parâmetro B

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TAXAS DE CORROSÃO – NORMA NBR 6210

RESULTADOS

Aspersão Atmosfera marinha

Aço Taxa de corrosão (mm/ano) Taxa de corrosão (mm/ano)

1 ano 1,5 ano 2 anos 3 anos 1 ano 2 anos 3 anos 4 anos 5 anos 6 anos

Aço 1 0,046 0,035 0,037 0,028 0,037 0,027 0,020 0,017 0,014 0,013

Aço 2 0,066 0,048 0,063 0,115 0,039 0,027 0,026 0,021 0,018 0,017

SAC-300 0,125 0,214 0,252 0,362 0,047 0,036 0,033 0,040 0,057 0,066 SAE 1006 0,425 0,547 0,583 0,637 0,055 0,118 0,159 0,184 0,216 0,208

Aspersão:

SAC-300 com corrosão anômala e comprometimento

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TAXAS DE CORROSÃO – NORMA NBR 6210

RESULTADOS

Aço 1 0,046 0,035 0,037 0,028 0,037 0,027 0,020 0,017 0,014 0,013

Aço 2 0,066 0,048 0,063 0,115 0,039 0,027 0,026 0,021 0,018 0,017

SAC-300 0,125 0,214 0,252 0,362 0,047 0,036 0,033 0,040 0,057 0,066 SAE 1006 0,425 0,547 0,583 0,637 0,055 0,118 0,159 0,184 0,216 0,208

Aspersão:

SAE 1006 destruído pela corrosão anômala, perda média de massa de 88% do valor inicial

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TAXAS DE CORROSÃO – NORMA NBR 6210

RESULTADOS

Aço 1 0,046 0,035 0,037 0,028 0,037 0,027 0,020 0,017 0,014 0,013

Aço 2 0,066 0,048 0,063 0,115 0,039 0,027 0,026 0,021 0,018 0,017

SAC-300 0,125 0,214 0,252 0,362 0,047 0,036 0,033 0,040 0,057 0,066 SAE 1006 0,425 0,547 0,583 0,637 0,055 0,118 0,159 0,184 0,216 0,208

Aspersão:

Aço 1 estruturalmente íntegro, corrosão uniforme e perda média de massa de 3,3% do valor inicial

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TAXAS DE CORROSÃO – NORMA NBR 6210

RESULTADOS

Aço 1 0,046 0,035 0,037 0,028 0,037 0,027 0,020 0,017 0,014 0,013

Aço 2 0,066 0,048 0,063 0,115 0,039 0,027 0,026 0,021 0,018 0,017

SAC-300 0,125 0,214 0,252 0,362 0,047 0,036 0,033 0,040 0,057 0,066 SAE 1006 0,425 0,547 0,583 0,637 0,055 0,118 0,159 0,184 0,216 0,208

Aspersão:

Aço 2 estruturalmente íntegro, corrosão uniforme e perda de massa média de 14% do valor inicial

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TAXAS DE CORROSÃO – NORMA NBR 6210

Aço 1 0,046 0,035 0,037 0,028 0,037 0,027 0,020 0,017 0,014 0,013

Aço 2 0,066 0,048 0,063 0,115 0,039 0,027 0,026 0,021 0,018 0,017

SAC-300 0,125 0,214 0,252 0,362 0,047 0,036 0,033 0,040 0,057 0,066 SAE 1006 0,425 0,547 0,583 0,637 0,055 0,118 0,159 0,184 0,216 0,208

Atmosfera Marinha:

SAC-300 com corrosão anômala na face voltada para o solo e perda média de massa de 18% do valor inicial

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TAXAS DE CORROSÃO – NORMA NBR 6210

Aço 1 0,046 0,035 0,037 0,028 0,037 0,027 0,020 0,017 0,014 0,013

Aço 2 0,066 0,048 0,063 0,115 0,039 0,027 0,026 0,021 0,018 0,017

SAC-300 0,125 0,214 0,252 0,362 0,047 0,036 0,033 0,040 0,057 0,066 SAE 1006 0,425 0,547 0,583 0,637 0,055 0,118 0,159 0,184 0,216 0,208

SAE 1006 destruído pela corrosão anômala, perda média de massa de 56% do valor inicial

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TAXAS DE CORROSÃO – NORMA NBR 6210

Aço 1 0,046 0,035 0,037 0,028 0,037 0,027 0,020 0,017 0,014 0,013

Aço 2 0,066 0,048 0,063 0,115 0,039 0,027 0,026 0,021 0,018 0,017

SAC-300 0,125 0,214 0,252 0,362 0,047 0,036 0,033 0,040 0,057 0,066 SAE 1006 0,425 0,547 0,583 0,637 0,055 0,118 0,159 0,184 0,216 0,208

Aço 1 estruturalmente íntegro, corrosão uniforme e perda média de massa de 3% do valor inicial

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TAXAS DE CORROSÃO – NORMA NBR 6210

Aço 1 0,046 0,035 0,037 0,028 0,037 0,027 0,020 0,017 0,014 0,013

Aço 2 0,066 0,048 0,063 0,115 0,039 0,027 0,026 0,021 0,018 0,017

SAC-300 0,125 0,214 0,252 0,362 0,047 0,036 0,033 0,040 0,057 0,066 SAE 1006 0,425 0,547 0,583 0,637 0,055 0,118 0,159 0,184 0,216 0,208

Aço 2 estruturalmente íntegro, corrosão uniforme e perda de massa média de 4,3% do valor inicial

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Corpos-de-prova após 6 anos de corrosão marinha

Aço 1 – face superior

Aço 1 – face inferior Aço 2 – face superior

Aço 2 – face inferior SAC-300 – face superior

SAC-300 – face inferior SAE 1006 – face superior

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ESTIMATIVAS PERDA DE ESPESSURA - ASPERSÃO DE SOLUÇÃO SALINA

Aço Parâmetros Estimativa de perda de espessura (mm)

A B 10 anos 15 anos 20 anos 25 anos 30 anos Aço 1 0,046 0,5895 0,18 0,23 0,27 0,31 0,34 Aço 2 0,066 1,5337 2,26 4,20 6,53 9,20 12,16 SAC-300 0,125 1,9422 10,94 24,05 42,05 64,86 92,42 SAE 1006 0,425 1,3589 9,72 16,85 24,91 37,73 43,22

Aço SAC-300, oscilação na taxa de corrosão e estimativas de maiores perdas de espessura do que o SAE 1006 pode ser um indicativo de que o mecanismo do processo corrosivo

pode sofrer alterações ao longo do tempo e, eventualmente, não seguir a lei prevista por Pourbaix

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As estimativas para o Aço 1 são muito menores do que para o Aço 2, que por sua vez são muito menores do que para os aços SAC-300 e SAE 1006

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Pintura obrigatória para os aços SAC-300 e SAE 1006 e

recomendada para o Aço 1 e, principalmente, para o Aço 2, devido ao fator B ser maior do que 0,5 para ambos

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ESTIMATIVAS PERDA DE ESPESSURA – ATMOSFERA MARINHA

A B 10 anos 15 anos 20 anos 25 anos 30 anos

Aço 1 0,037 0,4181 0,10 0,12 0,13 0,14 0,15

Aço 2 0,039 0,5419 0,14 0,17 0,20 0,22 0,25

SAC-300 0,047 1,1799 0,74 1,20 1,68 2,19 2,71

SAE 1006 0,055 1,7609 3,17 6,48 10,75 15,92 21,95

O aço SAC-300 tem estimativas bem inferiores às do SAE 1006, mas, novamente, as oscilações na sua taxa de

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Aço 1 0,037 0,4181 0,10 0,12 0,13 0,14 0,15

Aço 2 0,039 0,5419 0,14 0,17 0,20 0,22 0,25

SAC-300 0,047 1,1799 0,74 1,20 1,68 2,19 2,71

SAE 1006 0,055 1,7609 3,17 6,48 10,75 15,92 21,95

O Aço 1 e o Aço 2 apresentam perdas de espessuras

estimadas para 30 anos muito inferiores às dos aços SAC-300 e SAE 1006

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Aço 1 0,037 0,4181 0,10 0,12 0,13 0,14 0,15

Aço 2 0,039 0,5419 0,14 0,17 0,20 0,22 0,25

SAC-300 0,047 1,1799 0,74 1,20 1,68 2,19 2,71

SAE 1006 0,055 1,7609 3,17 6,48 10,75 15,92 21,95

Pintura obrigatória para os aços SAC-300 e SAE 1006 e

dispensável para o Aço 1 e o Aço 2, embora o fator B deste último seja ligeiramente maior do que 0,5

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CONCLUSÕES

O Aço 1 e o Aço 2 são adequados para aplicações em estruturas expostas a altas taxas de deposição de íons

cloreto, como pontes junto à orla marítima ou sobre o mar, torres eólicas e componentes internos de navios e

plataformas, como decks, escadarias e corrimões

Os desempenhos contra a corrosão dos Aço 1 e Aço 2 em ambientes contendo íons cloretos são muito superiores aos dos tradicionais aços SAC-300 (patinável) e SAE 1006, o

que possibilita eliminar a pintura na maioria das situações nas quais ela é necessária para estes aços tradicionais

A maior resistência mecânica do Aço 1 possibilita reduzir a espessura de peças e, assim, o peso final de estruturas, tanto na parte metálica quanto na de alvenaria

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